FMC6416P_PA用戶手冊_V1.3

1、FMC6416P/FMC6416PA用戶手冊 V1.3成都傅立葉電子科技有限公司 2006-03第一章 高速信號采集處理卡FMC6416P/PA主要特點FMC6416P/PA卡是我公司最新研制的高速信號（采集）處理板，可作為通用高速信號處理平臺。它采用了TI公司的最新DSP器件 （TMS320C6416/C6416T），最高運行速度可達1GHz。板上配置了高速同步存儲器SDSRAM，保證用戶有足夠大的存儲空間、足夠快的存儲速度。提供了通用數(shù)據(jù)接口和McBSP接口，實現(xiàn)與外部資源的通訊。還有數(shù)百萬門級的Xilinx Virtex II PRO FPGA可供用戶使用。FMC6416P/PA卡滿足P

2、CI Local Bus Revision 2.2協(xié)議，提供了Windows98 和WindowsXP下的驅(qū)動軟件及相關(guān)API函數(shù)，主機可通過驅(qū)動訪問DSP的所有資源，用戶還可通過主機加載DSP程序，F(xiàn)PGA配置信息。支持多卡并用。FMC6416P/PA在用戶有關(guān)硬件和軟件的配合和支持下，可實現(xiàn)對圖象、語音、通信、振動信號及各種隨機信號的采集處理分析，可用于雷達、電子對抗、通信、軟件無線電、圖象處理、地震地質(zhì)信號分析等，也可用于各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和儀器控制，如遠程電力監(jiān)測、分布式控制系統(tǒng)，醫(yī)療電子等。單獨使用時可實現(xiàn)用戶算法的仿真和驗證。1.1 高速信號處理卡FMC6416P的主要特點 支持PC

3、I插卡工作或者獨立工作模式 標準通用PCI接口，符合PCI規(guī)范V2.2 板載Xilinx Virtex II PRO FPGA，容量高達200/300/400萬門（可選），全部資源開放可由用戶自行使用 FPGA保留高速SRAM接口，可以用于構(gòu)建高速查找表（可選） DSP采用TMS320C6416 600/720/1000MHz（可選）定點數(shù)字信號處理器 DSP和FPGA間高速同步接口 DSP外接512Mbit的高速SDRAM DSP外接16Mbit的FLASH，可以用于參數(shù)保存或者程序保存 外擴有RS-232/RS-422接口和McBSP/GPIO接口 提供FPGA/DSP例程 采用高級加密技

4、術(shù)，防止非授權(quán)使用硬件及防止代碼竊取 提供Windows平臺的驅(qū)動程序及庫 提供工業(yè)級溫度版本1.2 高速信號采集處理卡FMC6416PA的主要特點 包括FMC6416P處理卡的所有特性 高速雙路AD采集，采樣率為40/65/80/105MSPS，分辨率為14bits。 AD采集支持內(nèi)/外時鐘，由FPGA內(nèi)部DCM產(chǎn)生 兩路DA輸出，分辨率為16bits，160MHz輸出，插值可到400MHz，支持內(nèi)部正交調(diào)制輸出 所有接口為50的SMB接口1.3系統(tǒng)框圖FMC6416P的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FMC6416PA板 AD/DA子卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 實物圖片第二章 硬件資源描述2.1 高速數(shù)字信號處理器(DSP)DS

5、P采用當前單片性能突出的32位數(shù)字信號處理器TMS320C6416/TMS320C6416T，工作主頻高達1GHz，使用VelociTI.2結(jié)構(gòu)，支持8條指令并行執(zhí)行，定點處理能力最高到8GIPS，片上16K-Byte L1P Program Cache，16K-Byte L1 Data Cache，8Mbits的全速RAM。高速64bits寬度的EMIF接口，最高吞吐能達到1064MB/S。DSP上還集成一個32bit/33MHz的PCI橋，完成同PCI總線通訊的功能。在此采集處理卡上的主要存儲器都掛接在DSP的EMIF上，包括SDRAM，F(xiàn)LASH ROM等。DSP存儲器映射地址表（只列出

6、部分，詳細地址參考TMS320C6416芯片手冊）描述分配空間（BYTE）地址范圍內(nèi)部RAM1M0000,0000-000F,FFFF外部SDRAM16M * 32 Bit0x8000,0000 - 0x8400,0000UARTA（RS232）0x6800,0080 - 0x6800,0085UARTB（RS422）0x6800,00C0 - 0x6800,00C5Flash ROM2M * 8 Bit0x6400,0000 - 0x6410,0000 (1頁)Flash分頁寄存器0x6000,000CUart_A_THR0x68000080Uart_A_RHR0x68000080Uart_

7、A_IER0x68000081Uart_A_IIR0x68000082Uart_A_FCR0x68000082Uart_A_LCR0x68000083Uart_A_MCR0x68000084Uart_A_LSR0x68000085Uart_A_DLL0x68000080Uart_A_DLH0x68000081Uart_B_THR0x680000c0Uart_B_RHR0x680000c0Uart_B_IER0x680000c1Uart_B_IIR0x680000c2Uart_B_FCR0x680000c2Uart_B_LCR0x680000c3Uart_B_MCR0x680000c4Uart_

8、B_LSR0x680000c52.2 FPGAXilinx Virtex-II Pro FPGA指標在單個FPGA器件中，您即可擁有先進的邏輯、性能、密度和存儲器，并且無需支付額外費用，就可擁有IBM 400MHz PowerPC 處理器: 優(yōu)異的可編程邏輯架構(gòu) 基于130 nm, 9層銅金屬工藝技術(shù) 3K至99K邏輯單元 400+ MHz 時鐘速率 比先前幾代的產(chǎn)品性能更高，功耗更低 擴展性和選擇 11種器件，可被生產(chǎn)為多種封裝形式 功能、密度、I/O和性能覆蓋范圍廣 高級系統(tǒng)特性 嵌入式和分布式存儲器 數(shù)字時鐘管理用于片 /片外時鐘合成和同步 XCITE 數(shù)字控制I/O阻抗匹配功能改善信號

9、完整性并縮小電路板空間 部分/整體FPGA器件重配置為您的產(chǎn)品提供現(xiàn)場可升級能力 多達444個18X18嵌入式乘法器 豐富的DSP算法庫 DSP工具，如The MathWorks MATLAB?/Simulink?、Xilinx? System Generator for DSP以及Cadence SPW支持 多達2個400MHz、600+ DMIPS 嵌入式IBM PowerPC 405 處理器硬核 帶有MicroBlaze?核的軟處理解決方案 Xilinx及其合作伙伴提供了200多個IP核 利用ChipScope? Pro工具實現(xiàn)實時調(diào)試 經(jīng)過驗證的互操作能力讓您能夠選擇最適用的ASSP此

10、卡上FPGA只做了直通邏輯，所有的資源對用戶都是開放的，可以供用戶自己添加較多的邏輯操作。2.3 AD/DA描述規(guī)格模擬輸入最大輸入信號電壓單端：5.0Vpp 輸入阻抗50帶寬輸入射頻變壓器帶寬：2500MHzADC輸入帶寬：270MHz外部時鐘輸入電壓單端輸入：0.43.3Vpp輸入阻抗50頻率范圍2100MHzADC特性分辨率14Bits輸出格式偏移碼形式最大采樣率40/65/80/105MSPSSFDR89dBmaxSNR75dBmax單片峰值功耗1.5W2.4 可選配置：代碼DSPFPGASDRAM備注A600MHz TMS320C6416Xilinx Virtex-II Pro XC

11、2VP2064MBB600MHz TMS320C6416Xilinx Virtex-II Pro XC2VP3064MBC600MHz TMS320C6416Xilinx Virtex-II Pro XC2VP40128MB含高速SRAMD1GHz TMS320C6416TXilinx Virtex-II Pro XC2VP30128MBE1GHz TMS320C6416TXilinx Virtex-II Pro XC2VP40128MB含高速SRAM2.5 附帶軟件支持： DSP訪問各類存儲器的例程 DSP訪問RS232/RS422的函數(shù)庫 DSP在線燒寫FLASH的程序及源碼 DSP控制A

12、DC采集并緩存到SDRAM的例程 PCI接口驅(qū)動函數(shù)，基于Windows平臺的PCI設(shè)備驅(qū)動，提供豐富的API函數(shù)供用戶調(diào)用，可以通過PCI接口訪問DSP的部分映射的存儲器和寄存器。可以控制ADC的采集動作，加載DSP程序等等。2.6 PCB布局示意圖:CPLD JTAG（J1）：從左到右分別是TMS，TDI，TDO，TCK，GND，VCCFPGA JTAG（J2）：從左到右分別是VCC，GND，TCK，TDO，TDI，TMS14 pin DSP JTAG(P1) 引腳定義如下：FMC6414PA板5個LED燈功能：D3：3.3v電源指示D2：5v電源指示D5：1秒亮閃指示CPLD工作正常D6

13、：ADC1信號溢出標志（未安裝ADC子卡時正常狀態(tài)為常亮）D1：ADC2信號溢出標志（未安裝ADC子卡時正常狀態(tài)為常亮）DAC子卡上的兩個跳線開關(guān)設(shè)置ADC的時鐘源，1-2為外時鐘，2-3為內(nèi)時鐘(默認).DB25 (J5) 的16個IO口經(jīng)LV16245與FPGA相連，具體對應(yīng)關(guān)系如下：:1FPGA M62FPGA M83FPGA M94FPGA L15GND6FPGA L27FPGA L58FPGA L69FPGA M710GND11FPGA L712FPGA K113FPGA K214FPGA L315GND16FPGA K317FPGA K418FPGA K519FPGA L820 +

14、3.3V21 +3.3V22 + 5V23 + 5V24 + 12V25 + 12V74LVC16245的方向定義引腳和FPGA之間的連線如下： 1 OE#FPGA J52 OE#FPGA J61 DIRFPGA J32 DIRFPGA J4DB9 (J6)引腳定義如下：1GND2RS232-TX3GND4RS232-RX5GND6RS422 TX+7RS422 TX-8RS422 RX+9RS422 RX-第三章 FMC6416P/PA的安裝和測試3.1 硬件和設(shè)備驅(qū)動程序的安裝 FMC6416P/PA為標準PCI V2.2主機接口，建議安裝在帶有標準PCI 插槽的電腦主機板上，主機配置無特

15、殊要求（推薦配置P4 2.0G CPU, 512MB 內(nèi)存，80G硬盤，CD-ROM, 帶USB2.0接口和RS232接口; 操作系統(tǒng)推薦使用WinXP Professional SP2或Win2000 SP4）。在電腦關(guān)閉的情況下將PCI卡安裝到電腦主機板任一空閑的PCI插槽上，之后啟動電腦，進入Windows操作系統(tǒng)。一般情況下系統(tǒng)都會自動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中增加的PCI硬件設(shè)備，并提示找到新的硬件設(shè)備要求用戶安裝驅(qū)動程序。如果沒有出現(xiàn)提示，請到操作系統(tǒng)的設(shè)備管理器中查看(方法是：右鍵單擊桌面上 我的電腦 圖標選擇屬性，再選擇硬件標簽，之后點擊 設(shè)備管理器)有沒有出現(xiàn)未安裝驅(qū)動的硬件，前面有醒目的黃

16、色問號。如果沒有發(fā)現(xiàn)新設(shè)備請關(guān)機檢查PCI插槽是否接觸良好，可以換一個插槽嘗試，直到操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新設(shè)備并出現(xiàn)上述圖示。這時選擇從列表或指定位置安裝，點擊下一步繼續(xù)，在安裝路徑中手動指定到FMC6416P_PA驅(qū)動光盤的Driver目錄下，之后點擊下一步繼續(xù)，操作系統(tǒng)會自動識別到與硬件型號匹配的驅(qū)動文件并自動安裝,完成之后會出現(xiàn)提示。您還可以到設(shè)備管理器中再次確認, 設(shè)備圖標沒有嘆號即表示驅(qū)動程序安裝正常。3.2 DSP仿真器和TI軟件開發(fā)環(huán)境的安裝設(shè)置 FMC6416P_PA是基于Texas Instruments公司的C6000系列高性能定點DSP: TMS320C6416T搭建的，所以對D

17、SP的仿真和調(diào)試需要用到TI原裝或第三方兼容仿真開發(fā)工具。北京聞亭數(shù)字()是中國大陸地區(qū)最早的TI第三方合作伙伴之一，其優(yōu)質(zhì)的TI DSP開發(fā)板和仿真器多年以來一直是廣大研發(fā)工程師首選的DSP入門工具, 現(xiàn)以聞亭的暢銷產(chǎn)品TDS560USB2.0仿真器(USB2.0接口實時仿真器，500KB高速代碼下載，支持TI全系列DSP芯片, 支持高速RTDX，高級事件觸發(fā)AET，通過TI官方權(quán)威測試具有極佳的穩(wěn)定性可靠性)為例介紹如何正確配置仿真器對FMC6416P_PA進行訪真調(diào)試。在安裝仿真器之前請確保系統(tǒng)中已經(jīng)正確安裝了Texas Instruments的專用DSP軟件開發(fā)環(huán)境Code Compo

18、ser Studio (通常簡稱CCS， 版本號必須在2.20.18以上，以下說明均以CCS 2.20.18版本為例)，之后重啟計算機。CCS正常安裝之后就可以安裝仿真器了，在裝仿真器之前強烈建議您先仔細閱讀仿真器驅(qū)動光盤中的說明書。電源供電正常后把TDS560USB仿真器的USB接口和電腦主機的USB2.0接口相連(注意:如果電腦主板型號太舊只有USB1.0接口的話，仿真器將工作在USB1.0兼容模式下，仿真和加載速度都會成倍降低，影響您的工作效率。此時建議您添加一塊PCI轉(zhuǎn)USB2.0的轉(zhuǎn)接卡), 系統(tǒng)會自動發(fā)現(xiàn)設(shè)備并提示安裝驅(qū)動，這時選擇“從列表或指定位置安裝”, 手動指定到TDS560

19、USB驅(qū)動光盤中的Driver子目錄下，系統(tǒng)會自動查找到與硬件匹配的驅(qū)動文件并自動完成安裝，完成之后您可以在設(shè)備管理器中確認. 之后您還需要運行驅(qū)動光盤根目錄中的Setup.exe應(yīng)用程序進行設(shè)置:首先要選擇您使用的DSP系列,如下圖所示：選中C6000系列前面的小框點擊下一步繼續(xù)，之后選擇您的CCS的安裝路徑(例如：CCS裝在C:ti6000,則點擊Brouse按鈕,手動指定到C:ti6000)之后的每一步都按照默認設(shè)置點擊下一步繼續(xù),直到安裝完畢。 程序運行結(jié)束之后桌面上會多出一個名為Wintechdigital的文件夾，里面有兩個批處理可執(zhí)行文件的快捷方式圖標：Probe TDS560U

20、SB和 Reset TDS560USB (用于檢測仿真器工作狀態(tài)是否正常)。 完成之后把仿真器的14-pin JTAG接頭插到FMC6416P/PA板的JTAG排針上(注意: JTAG不支持熱拔插，連接之前請確保仿真器和目標板中至少有一個設(shè)備處于斷電狀態(tài)，兩者都帶電的情況下拔插JTAG可能會造成器件的損壞)，然后再把仿真器的USB接口和PC機連接起來。此時仿真器的紅色LED(電源指示)和綠色LED(目標板連接指示)都應(yīng)該被點亮，此時運行桌面Wintechdigital文件夾下的兩個檢測程序，分別復(fù)位仿真器和檢查JTAG連接，檢測過程中每一步的結(jié)果都會在一個DOS命令窗口中詳細的顯示出來。全部項

21、目檢測通過沒有報錯的話就可以進入設(shè)置CCS的環(huán)節(jié)了。如果在這一步出現(xiàn)問題請檢查仿真器的驅(qū)動程序是否正確安裝和JTAG接口是否接觸良好。 這一步正常之后就可以開始設(shè)置CCS了。雙擊桌面Setup CCS圖標，這時出現(xiàn)在前面的是一個Import Configurarion配置窗口，建議先點擊右下方的Close按鈕先將其關(guān)掉。這時看到的是Setup CCS的主界面，分左中右三個部分最左邊部分的My System下默認有一個C6xxx Simulator圖標，是用來做軟件仿真的，先點右鍵把它刪掉。在中間的Available Board下有很多類似“C6xxx XDS510 Emulator”這樣的選項

22、，這些都是CCS的默認配置文件，C6xxx指定目標板上DSP所屬的系列，XDS560 Emulator對應(yīng)仿真器所屬的系列，對不同的目標DSP和不同的仿真器需要選擇與兩者都匹配的配置文件。在這里,我們的系統(tǒng)組成中目標板FMC6416P/PA是基于C6416 DSP, 仿真器是屬于XDS560 Emulator大類，因此我們選擇C64xx XDS560 Emulator這個配置文件，用鼠標左鍵將這個圖標拖動到左邊的My System窗口中在接下來的步驟中按照以下圖示進行設(shè)置：注意：Emulator Name處改為TDS560USB 0 之后點擊Finish按鈕關(guān)閉設(shè)置對話框回到Setup CCS

23、主窗口，點擊標題欄右上角的關(guān)閉符號X選擇Yes保存剛才更改的配置, 再次點擊Yes啟動CCS, 大約幾秒種之后就會進入到CCS的IDE集成開發(fā)環(huán)境，至此軟硬件的安裝和設(shè)置工作就全部完成。如果使用其他型號或其他廠商的仿真器請參考其配套說明書進行設(shè)置。 3.3 FMC6416P/PA測試程序說明 3.3.1 板卡工作狀況檢測 FMC6416P配套光盤中有一個名為“Host”的文件夾，請將其中全部內(nèi)容復(fù)制到硬盤，并運行其中的可執(zhí)行程序，出現(xiàn)以下測試界面：在該檢測程序中，實現(xiàn)從主機端控制設(shè)備，對DSP片內(nèi)RAM和SDRAM的讀寫，以及片內(nèi)程序的加載和運行。提供了FPGA動態(tài)加載功能，DSP對主機的中斷

24、事件以及主機端燒寫FLASH的功能。具體如下：第一步：打開設(shè)備。該按鈕實現(xiàn)從主機端對板卡進行初始化，加載FPGA程序，點亮板子右下方兩個LED。第二步：存儲器檢測。檢測DSP片內(nèi)RAM和片外SDRAM。第三步：中斷演示。從主機端加載DSP程序并運行產(chǎn)生中斷，主機響應(yīng)這個中斷事件，讀取SDRAM中數(shù)據(jù)并顯示。第四步：Flash燒寫。完成對外接的16M * 32-Bit Flash的擦除并成功燒寫該目錄下的測試文件到Flash中。(Burn.dat是燒寫FLASH的程序，test.dat是要燒寫的文件，可以參考樣列熟悉FMC6416P_FlashEase函數(shù)和FMC6416P_FlashBurn函

25、數(shù)的使用。燒寫完成后可查看0X64000000，可以看到燒寫進去的內(nèi)容)第五步：關(guān)閉設(shè)備。釋放主機對板卡的控制。注意：在進行SDRAM的讀寫之前。一定要先執(zhí)行FMC6416P_DspEmifInit函數(shù)初始化EMIF。 3.3.2 ADC數(shù)據(jù)采集測試 找到FMC6416P配套光盤中名為“ AD”的文件夾, 運行其中的可執(zhí)行程序，出現(xiàn)以下畫面：首先點擊“打開設(shè)備”按鈕，完成從主機端對板卡的初始化，加載FPGA程序取得對ADC子卡的控制。接下來選擇采樣頻率(請根據(jù)ADC 芯片的指標來選擇相應(yīng)的頻率，在選擇100MHz時請確認您購買的是105MSPS的ADC模塊, 如果ADC模塊的采樣率不是105M

26、SPS請不要選擇100MHz以免造成硬件的損傷)和采樣通道，將信號源（請確認輸入信號的頻率和幅值參數(shù)符合本手冊2.3節(jié)所描述的范圍）和板卡ADC的對應(yīng)輸入通道用連接線連好，點擊“開始采樣”按鈕，待AD板工作狀態(tài)指示采樣完成之后，點擊“顯示AD采樣波形”按鈕，即可查看到緩存在SDRAM中的采樣數(shù)據(jù)的波形。此時，您可以通過“上一幀” 和“下一幀”這兩個按鈕來查看相鄰的數(shù)據(jù)，“讀”按鈕用于指示當前幀的起始地址。在顯示起始地址欄中您還可以直接輸入允許范圍內(nèi)的任意地址來查看其數(shù)據(jù)，需要注意的是這個地址一定要是偶數(shù)，如果是奇數(shù)出來的波形會混亂沒有規(guī)則。保存AD采集數(shù)據(jù)按鈕可以將當前采集到的數(shù)據(jù)以文本文件的

27、形式保存到硬盤上，之后可以用我們提供的c6416pa.m程序在Matlab中打開并查看數(shù)據(jù)的波形和頻譜。在光盤AD目錄下有一個名為ad_data.txt的示例數(shù)據(jù)文件(以50MHz采樣率對1MHz正旋波輸入信號進行采樣后得到的數(shù)據(jù)),您可以運行Matlab,打開該目錄下的c6416pa.m文件載入這個數(shù)據(jù)文件進行分析：在打開c6416pa.m后，您可以對我們提供的例程進行自己所需要的修改。在本例中，如果您的采樣數(shù)據(jù)文件名與我們提供的示例數(shù)據(jù)文件名不同，則需要將程序中所有ad_data字符串替換為您的數(shù)據(jù)文件名, 點擊RUN按鈕之后將會出現(xiàn)該數(shù)據(jù)在頻域和時域的兩個波形圖: DA測試：將任意一路D

28、A輸出接口和示波器連接起來，點擊DA測試開始按鈕就可以在示波器上觀測到DAC芯片的輸出波形及頻譜。默認設(shè)置是產(chǎn)生一個正交幅度調(diào)制信號，載波信號為50MHz正旋波，基帶信號為1.5MHz的正旋波。點擊DA測試結(jié)束之后將只剩下50MHz載波的波形，方便用戶測試。 3.3.3 獨立工作模式功能測試 當板卡處于獨立工作模式(5V,1.5A直流電源供電)時, 請使用光盤中DSP目錄下的幾個測試程序:Capture, SDRAM, UART和Flash.對本卡的工作狀況進行檢測。 Capture工程為CCS下的采集測試程序, 默認使用ADC第一通道采滿全部SDRAM空間, 采集完成之后可以在CCS的View-Graph子菜單中進行設(shè)置以察看采集到的信號波形。 SDRAM工程為CCS下的存儲器讀寫功能測試: 功能是從SDRA